冒泡法测量水氡浓度的装置及方法与流程

1.本发明涉及核辐射的测量技术，特别是一种采用冒泡法测量水氡浓度的装置及方法。


背景技术：

2.氡是由镭衰变产生一种无色无味的天然放射性惰性气体，对于人的辐射伤害占人体一生中所受到的天然辐射伤害的55％以上。氡能溶于水，生活饮用水中的氡是室内氡的来源之一，生活饮用水卫生标准(gb5749
‑
2006)规定了生活饮用水中氡的浓度不能高于300pci/l。现在广泛使用的测量水氡浓度的方法是利用rad7本身提供h2o附件鼓泡测量，其提供了40ml和250ml样品瓶的测量步骤：鼓泡5分钟，测量25分钟；还分别提供了这两种样品瓶的水氡初始浓度与rad7测氡仪测量值的转换系数。由于附件价格超过一千美金，且该附件的干燥管体积较小，需要经常更换，使得成本较高，操作麻烦。
3.为此，确定不同体积的h2o附件样品瓶中水氡初始浓度与rad7测氡仪测量值的转换系数是一项具有挑战性且有意义的工作，需要专门设计一种方法得到不同体积的水氡初始浓度与rad7测氡仪测量值的转换系数。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种冒泡法测量水氡浓度的装置及方法。
5.本发明的技术方案是：冒泡法测量水氡浓度的装置，包括水样测量瓶、瓶盖、进气管套、出气管套、进气管、出气管、rad7测氡仪、干燥管及气泵。所述进气管套及出气管套分别安装在瓶盖上，进气管插在进气管套上，出气管插在出气管套上，进气管通过软管与气泵的出气端连接，气泵的进气端通过软管与rad7测氡仪的出气端连接，rad7测氡仪的进气端通过软管与干燥管的一端连接，干燥管的另一端通过软管与出气管的出气端连接。
6.本发明的另一技术方案是：采用上述的冒泡法测量水氡浓度的装置测量水氡浓度的方法，包括测量过程和计算过程，其具体步骤如下：
7.一、测量过程
8.a、将待测水样倒入水样测量瓶内，并盖紧瓶盖，进气管的出气口在待测水样内并靠近水样测量瓶的瓶底，出气管的进气口位于待测水样液面上。
9.b、启动气泵，控制气泵的流率使得空气通过进气管进入待测水样中鼓泡，产生的气泡会在上升过程中与水样充分接触，水中的氡会通过扩散效用进入气泡中，同时将待测水样中的氡携带出来，通过出气管进入干燥管，然后进入rad7测氡仪，并从rad7测氡仪的出气端通过气泵再次进入进气管。
10.c、测量气泡中的氡浓度，计算出水氡浓度。
11.假设水中初始氡浓度为c0，冒泡法测量水中氡浓度的装置中空气回路中初始氡浓度为0，po
‑
218初始浓度为0。
12.二、计算过程
13.设水样测量瓶1中水氡浓度为c1(t)，气路循环空气浓度为c2(t)，po
‑
218浓度为c3(t)；v1为水样体积，v2为所有气路体积；l为装置中空气的流速；λ
po
为po
‑
218的衰变常数；记为平衡时气氡与水氡之比。
14.假设气泡中氡浓度从水样测量瓶的进气管到水样测量瓶水面的过程中已经和水氡达到平衡，则c1(t)、c2(t)、c3(t)存在如下关系：
[0015][0016]
上述方程的通解为：
[0017][0018]
其中a、b、c均为常数。
[0019]
由于c1(0)＝c0；c2(0)＝0；c3(0)＝0，将其代入公式(2)求解得到：
[0020][0021]
在0～t1时间内采样，rad7测氡仪8的测量腔加高压，但读数不计；在t1～t2时间内测量，利用静电收集法测量po
‑
218来反推氡浓度；设m为t1～t2时间内测量腔内po
‑
218的总计数，n为t1～t2时间内测氡仪测量得到的平均值，k为水氡初始浓度c0与t1～t2时间内测氡仪测量得到的平均值n的比值，即转换系数；故：
[0022][0023][0024][0025]
本发明的进一步的技术方案是：当尽量延长测量时间，即使得t2＞＞t1时，式(6)能够简化为：
[0026][0027]
本发明的再进一步的技术方案是：当即l较大时，约等于式(7)能够简化为：
[0028]
[0029]
本发明的更进一步的技术方案是：当v2＞＞v1时，约等于式(8)能够简化为：
[0030][0031]
本发明的更进一步的技术方案是：当l足够大时，趋近于0，式(9)能够简化为：
[0032][0033]
本发明的更进一步的技术方案是：由于po
‑
218的衰变常数λ
po
＝0.228min
‑1，故所以式(10)能够简化为：
[0034][0035]
本发明的更进一步的技术方案是：为保证冒泡法测量水中氡浓度的装置中空气回路中初始氡浓度为0，实验开始前将水样测量瓶换成一个装满木炭的瓶子，用以净化装置中的空气，通过使用rad7测氡仪本身自带的泵，让空气不断的在回路中循环，从而降低回路中的本底，直至降为0。
[0036]
本发明与现有技术相比具有如下特点：
[0037]
本发明提供的冒泡法测量水氡浓度的装置适用于不同体积的样品瓶，同时可以使用大型干燥管，拓宽了装置的应用场合；本发明冒泡测量水氡浓度的方法，其鼓泡时间及测量时间可以任意改变，为冒泡法测量水氡实验提供一种新的计算方法。
[0038]
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
[0039]
附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0040]
实施例，如附图1所示，一种冒泡法测量水氡浓度的装置，包括水样测量瓶1、瓶盖2、进气管套3、出气管套4、进气管5、出气管6、rad7测氡仪7、干燥管8及气泵9。
[0041]
所述进气管套3及出气管套4分别安装在瓶盖2上，进气管5插在进气管套3上，出气管6插在出气管套4上，进气管5通过软管与气泵9的出气端连接，气泵9的进气端通过软管与rad7测氡仪8的出气端连接，rad7测氡仪7的进气端通过软管与干燥管8的一端连接，干燥管8的另一端通过软管与出气管6的出气端连接。
[0042]
采用上述冒泡法测量水氡浓度的装置测量水氡浓度的方法，包括测量过程和计算过程，其具体步骤如下：
[0043]
一、测量过程
[0044]
a、将待测水样倒入水样测量瓶1内，并盖紧瓶盖2，进气管5的出气口在待测水样内并靠近水样测量瓶1的瓶底，出气管6的进气口位于待测水样液面上；
[0045]
b、启动气泵9，控制气泵9的流率使得空气通过进气管5进入待测水样中鼓泡，产生的气泡会在上升过程中与水样充分接触，水中的氡会通过扩散效用进入气泡中，同时将待测水样中的氡携带出来，通过出气管6进入干燥管8，然后进入rad7测氡仪8，并从rad7测氡仪8的出气端通过气泵9再次进入进气管5；
[0046]
c、测量气泡中的氡浓度，计算出水氡浓度。
[0047]
假设水中初始氡浓度为c0，冒泡法测量水中氡浓度的装置中空气回路中初始氡浓度为0，po
‑
218初始浓度为0。为保证冒泡法测量水中氡浓度的装置中空气回路中初始氡浓度为0，实验开始前将水样测量瓶1换成一个装满木炭的瓶子，用以净化装置中的空气，通过使用rad7测氡仪8本身自带的泵，让空气不断的在回路中循环，从而降低回路中的本底，直至降为0。
[0048]
二、计算过程
[0049]
设水样测量瓶1中水氡浓度为c1(t)，气路循环空气浓度为c2(t)，po
‑
218浓度为c3(t)；v1为水样体积，v2为所有气路体积；l为装置中空气的流速；λ
po
为po
‑
218的衰变常数；记为平衡时气氡与水氡之比。
[0050]
假设气泡中氡浓度从水样测量瓶1的进气管5到水样测量瓶1水面的过程中已经和水氡达到平衡，则c1(t)、c2(t)、c3(t)存在如下关系：
[0051][0052]
上述方程的通解为：
[0053][0054]
其中a、b、c均为常数。
[0055]
由于c1(0)＝c0；c2(0)＝0；c3(0)＝0，将其代入公式(2)求解得到：
[0056][0057]
在0～t1时间内采样，rad7测氡仪8的测量腔加高压，但读数不计。在t1～t2时间内测量，利用静电收集法测量po
‑
218来反推氡浓度。设m为t1～t2时间内测量腔内po
‑
218的总计数，n为t1～t2时间内测氡仪测量得到的平均值，k为水氡初始浓度c0与t1～t2时间内测氡仪测量得到的平均值的比值，即转换系数。故：
[0058][0059]
[0060][0061]
当尽量延长测量时间，即使得t2＞＞t1时，式(6)能够简化为：
[0062][0063]
当即l较大时，约等于式(7)能够简化为：
[0064][0065]
当v2＞＞v1时，x约等于式(8)能够简化为：
[0066][0067]
当l足够大时，趋近于0，式(9)能够简化为：
[0068]
[0069]
由于po
‑
218的衰变常数λ
po
＝0.228min
‑1，故所以式(10)能够简化为：
[0070][0071]
综上所述，能够利用式(6)能够计算得到测量水样中的水氡浓度。当满足相应的条件时，能够分别利用式(7)、(8)、(9)、(10)、(11)计算得到水氡浓度。